首页 / 专利库 / 变压器和转换设备 / 软开关 / 零电流开关 / 用于模仿三相无刷直流电机的方法和仿真器控制器

用于模仿三相无刷直流电机的方法和仿真器控制器

阅读:376发布:2020-05-08

专利汇可以提供用于模仿三相无刷直流电机的方法和仿真器控制器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且示出和描述一种用于借助于负载仿真器模仿三相无刷直流 电机 的方法,其中,所述负载仿真器三相地经由其负载连接端连接到电机 控制器 的供电连接端并且所述负载仿真器具有仿真器功率 电子 器件和仿真器控制器。可靠的换向识别通过如下方式确保,即,如果在电机控制器的供电连接端j上测量的 输出 电压 与计算的相电压之间的电压差值对于预定的第一时间段大于预定的电压 阈值 ,那么识别到电机控制器的供电连接端由未驱控状态过渡到驱控状态;并且在识别到电机控制器的供电连接端由未驱控状态过渡到驱控状态的状态过渡之后,仿真器控制器如此驱控仿真器功率电子器件,使得由仿真器控制器计算的相 电流 流经现在通过电机控制器驱控的供电连接端。,下面是用于模仿三相无刷直流电机的方法和仿真器控制器专利的具体信息内容。

1.用于借助于负载仿真器(1)模仿三相无刷直流电机的方法,其中,负载仿真器(1)三相地经由其负载连接端(2)连接到电机控制器(4)的供电连接端(3)并且负载仿真器(1)具有仿真器功率电子器件(5)和用于控制仿真器功率电子器件(5)的仿真器控制器(6),其中,仿真器控制器(6)确定由电机控制器(4)驱控的供电连接端(3)和未由电机控制器驱控的供电连接端(3),并且仿真器功率电子器件(5)通过仿真器控制器(6)如此驱控,使得在通过电机控制器(4)驱控的供电连接端(3)中流过由仿真器控制器(6)基于电机模型(8)计算的相电流iemulate并且在未由电机控制器(4)驱控的供电连接端(3)上输出由仿真器控制器基于电机模型(8)计算的相电压vemulate,其特征在于,如果在电机控制器(4)的供电连接端j上测量的输出电压vinv(j)与计算的相电压vemulate(j)之间的电压差值vdiff(j)对于预定的第一时间段t1大于预定的电压阈值vTH,那么识别到电机控制器(4)的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0;并且在识别到电机控制器的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡之后,仿真器控制器(6)如此驱控仿真器功率电子器件(5),使得由仿真器控制器(6)计算的相电流iemulate(j)流经现在通过电机控制器(4)驱控的供电连接端j。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,电压阈值vTH确定为如此,使得该电压阈值大于在电机控制器(4)并因此仿真器功率电子器件(5)的不变开关状态期间要期待的、在未驱控的供电连接端j的相中计算的相电压vemulate(j)与在未驱控的供电连接端j上实际反向测量的电压vinv(j)之间的最大偏差。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,对于电压阈值vTH选择电机控制器(4)的中间电路电压vDC_Link的五分之一。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,预定的第一时间段t1选择为大于要期待的瞬态电压失真的持续时间,该电压失真是与环境和结构有关的,和/或预定的第一时间段t1选择为大于通过仿真器控制器(6)和仿真器功率电子器件(5)的电压施加的延迟。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,第一时间段t1在微秒的一位数范围内选择。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述要期待的瞬态电压失真是由电磁辐射引起的电压失真。
7.根据权利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,如果经由负载仿真器(1)的负载连接端k并因此经由相应的供电连接端k的计算的相电流iemulate检测为零,那么基于电流识别出电机控制器(4)的供电连接端k由驱控状态SPH(k)=0到未驱控状态SPH(k)=1的过渡。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,如果在识别出电机控制器(4)的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡的时刻,驱控的供电连接端k,l的计算的相电流iemulate值位于在电流阈值iTH之上,那么应用基于电流识别出供电连接端k的电机控制器(4)由驱控状态SPH(k)=0到未驱控状态SPH(k)=1的状态转换。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,电流阈值iTH预定为:
其中,LPH是相电感,T是电机控制器的PWM电压周期,并且vDC_Link是中间电路电压。
10.根据权利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,在识别到电机控制器(4)的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡之后,如此驱控仿真器功率电子器件(5),使得仿真器功率电子器件(5)的其他连接端k,l经由感应式解耦设置为预定电压uintermediate;并且其中,如果经由仿真器功率电子器件(5)的供电连接端k或负载连接端k的电流衰减之后,在供电连接端k上由仿真器控制器(6)反向测量的电压在预定的第二时间段t2上等于预定电压uintermediate,那么基于电压识别出电机控制器(4)的供电连接端k由驱控状态SPH(k)=0到未驱控状态SPH(k)=1的过渡。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,预定电压uintermediate位于在由电机控制器(4)切换的直流电压UDC的范围内。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述预定电压uintermediate等于电机控制器的中间电路电压vDC_Link的一半。
13.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,预定的第二时间段t2确定为如此大,使得即使在低负载电流下也能够在连续驱控的供电连接端与之前驱控的但是随后不再驱控的供电连接端之间进行可靠区分。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,t2在10微秒的范围内选择。
15.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,仿真器控制器(6)如此驱控仿真器功率电子器件(5)的如下负载连接端k,该负载连接端已识别为未由电机控制器(4)驱控SPH(k)=
1,使得输出由仿真器控制器(6)基于电机模型(8)计算的相电压vemulate。
16.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,如果在识别到电机控制器(4)的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡的时刻,驱控的供电连接端k,l的计算的相电流iemulate值位于在电流阈值iTH之下,那么由仿真器控制器(6)基于电压实现识别出电机控制器(4)的供电连接端k由驱控状态SPH(k)=0到未驱控状态SPH(k)=1的过渡。
17.根据权利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,由仿真器控制器(6)如此探测电机起动,使得电机控制器(4)的所有供电连接端j首先位于在未驱控状态SPH(j)=1并且随后在识别到电机控制器(4)的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡之后,如此驱控仿真器功率电子器件(5),使得仿真器功率电子器件(5)的其他连接端k,l经由感应式解耦设置为预定电压uintermediate。
18.根据权利要求17所述的方法,其特征在于,由仿真器控制器(6)通过如下方式识别出以电机控制器(4)的三个驱控的供电连接端j的电机起动,使得在所有在电机控制器(4)的供电连接端(3)上测量的输出电压vinv(j)与所有分别对应的计算的相电压vemulate(j)之间的电压差vdiff(j)的值对于预定的第三时间段t3大于预定的电压阈值vTH。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,预定的第三时间段t3大于按照权利要求
10的预定的第二时间段t2。
20.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,预定的第三时间段t3比按照权利要求10的预定的第二时间段t2至少大了在由未驱控状态到驱控状态的状态变换与对于相应的要仿真的电压的施加之间的延迟时间。
21.用于控制用于模仿三相无刷直流电机的仿真器功率电子器件(5)的仿真器控制器(6),其中,利用仿真器控制器(6)可确定由电机控制器(4)驱控的供电连接端(3)和未由电机控制器驱控的供电连接端(3),并且仿真器功率电子器件(5)可通过仿真器控制器(6)如此驱控,使得在通过电机控制器(4)驱控的供电连接端(3)中流过由仿真器控制器(6)基于电机模型(8)计算的相电流iemulate并且在未由电机控制器(4)驱控的供电连接端(3)上输出由仿真器控制器(6)基于电机模型(8)计算的相电压vemulate,其特征在于,在仿真器控制器(6)的常规应用中,如果在电机控制器(4)的供电连接端j上测量的输出电压vinv(j)与计算的相电压vemulate(j)之间的电压差值vdiff(j)对于预定的第一时间段t1大于预定的电压阈值vTH,那么识别到电机控制器(4)的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0;并且在识别到电机控制器(4)的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡之后,仿真器控制器(6)如此驱控仿真器功率电子器件(5),使得由仿真器控制器(6)计算的相电流iemulate流经现在通过电机控制器(4)驱控的供电连接端j。
22.根据权利要求21所述的仿真器控制器(6),其特征在于,仿真器控制器(6)具体地如此设计,使得仿真器控制器在常规应用中执行按照权利要求2至20之一的特征部分所述的方法。

说明书全文

用于模仿三相无刷直流电机的方法和仿真器控制器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于借助于负载仿真器模仿三相无刷直流电机的方法,其中,所述负载仿真器三相地经由其负载连接端连接到电机控制器的供电连接端并且所述负载仿真器具有仿真器功率电子器件和用于控制仿真器功率电子器件的仿真器控制器,其中,仿真器控制器确定由电机控制器驱控的供电连接端和未由电机控制器驱控的供电连接端,并且仿真器功率电子器件通过仿真器控制器如此驱控,使得在通过电机控制器驱控的供电连接端中流过由仿真器控制器基于电机模型计算的相电流iemulate并且在由电机控制器未驱控的供电连接端上输出由仿真器控制器基于电机模型计算的相电压vemulate。本发明此外也涉及一种负载仿真器的仿真器控制器,该仿真器控制器如此设计,使得该仿真器控制器可以结合仿真器功率电子器件执行前述用于模仿三相无刷直流电机的方法。

背景技术

[0002] 用于借助于负载仿真器模仿电气负载的方法用于在实验室条件下测试电机控制器,而在控制器上无需连接“真实的”电气驱动器,电气驱动器在此以三相无刷直流电机的形式。电气负载亦即三相无刷直流电机准确地说由负载仿真器模仿。电机控制器经常由具有以变流器形式的功率输出级的控制装置组成。控制装置产生变流器控制数据,所述变流器控制数据用于适合地驱控变流器的功率开关,功率开关通常借助于半导体开关元件(IGBT、IGCT等)实现。在此考虑的应用情况下,电机控制器的变流器用作逆变器,逆变器那么作为能源具有直流电压源并且以交流电压驱动负载。
[0003] 负载仿真器经常以硬件在环仿真器的形式实现,亦即通过要仿真的环境的数学模型的仿真运算器——在此以无刷直流电机形式的负载——利用数值方法计算并且在其自身具有功率电子输出级(仿真器功率电子器件),其可以经由负载仿真器的负载连接端与电机控制器的相应供电连接端连接。结果,在负载仿真器上实现的用于模仿三相无刷直流电机的方法用于:电机控制器经由其供电连接端如此电气加载,如同该电机控制器与真实的驱动器连接一样。
[0004] 无刷直流电机——不同于名称猜测的那样——如永久激励的交流同步电机那样工作并且基于无刷构造是低磨损和低维护的。在工业领域中,如例如在汽车领域中,无刷直流电机经常用作辅助机组的驱动器,如例如驱动器(油、燃料)和传动驱动装置(变速器离合器、照明范围调节器、/闸)。
[0005] 在整体换向驱控的无刷直流电机中,由电机控制器总是驱控三个电机相中的两个——电机控制器的三个供电连接端中的两个那么被驱控——并且三相交流绕组的第三相未通过电机控制器驱控,电机控制器的相应供电连接端那么同样未被驱控。通过由电机控制器对交流绕组的周期转换产生交变磁场。在无刷直流电机的未由电机控制器驱控的相中相电流下降并且很快完全失去。无刷直流电机的未驱控的相经常也称为未通电的相,其中,如上所述变为未驱控和未通电的状态可以在时间上相互分离。如果无刷直流电机的相不再由电机控制器驱控,那么是如下结果,即在不再驱控的相中的相电流最后消失,但是不是强制立刻在换向之后失去并且那么相实际上是未通电的。
[0006] 在无刷直流电机的未驱控的相中然而感应出反向电压,该电压的检测对于无刷直流电机的驱控是极其重要的,因为可确定由此转子位置并且电机控制器如此也可以在没有单独的角传感器的情况下确定下一换向的时刻,亦即由未驱控的供电连接端到驱控的供电连接端以及与之相反的切换的时刻。因此在整体换向的无刷直流电机的仿真中在未驱控的相中感应出的反向电压的模仿也是必要的,以便电机控制器也可以在没有角传感器的情况下确定下一换向的时刻。但是在配备角传感器的无刷直流电机中反向电压的计算在仿真的范围内也是重要的,因为仅仅如此可以正确计算和模仿仿真电机的物理关系和继而连接值。
[0007] 仿真器功率电子器件为了给电机控制器的供电连接端施加相应的电气连接值而具有电压源和电流源,电压源和电流源大多经由解耦电感可与仿真器功率电子器件的负载连接端连接。如此可以通过电压源和电流源与仿真器功率电子器件的负载连接端的相应连接对如下做出反应,即负载连接端是否在未驱控状态的情况下通过电机控制器仅仅施加感应的反向电压,或者负载连接端在驱控状态的情况下通过电机控制器引导电流。通过在负载连接端与电压或电流源之间规定的解耦电感阻止通过开关的电压或电流源预定的电气连接值无延迟地作用施展到负载连接端上。

发明内容

[0008] 因为借助于负载仿真器高质量地模仿三相无刷直流电机仅仅当如下情况时是可能的,即当在变化的运行条件下也可靠地识别出换向的时刻时,所以本发明的任务在于,如此提出一种开头所述用于借助于负载仿真器模仿三相无刷直流电机的方法,使得确保可靠的换向识别。
[0009] 之前导出的任务在开头所述方法中在第一步骤中首先通过如下方式解决,即,如果在电机控制器的供电连接端j上测量的输出电压vinv(j)与计算的相电压vemulate(j)之间的电压差值vdiff(j)对于预定的第一时间段t1大于预定的电压阈值vTH,那么识别出电机控制器的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0。
[0010] 所述电机控制器的供电连接端由未驱控状态到驱控状态的过渡的识别基于如下考虑:在涉及的供电连接端的该过渡中不再通过电机控制器中打开的半导体开关与电机控制器的直流电压源准“分离”,而是通过又闭合的半导体开关与电机控制器的电压源连接并且因此在电机控制器的涉及的供电连接端上测量的输出电压又被有效影响并继而改变。由此引起的在供电连接端上的测量电压与通过电机模型计算的相电压的分开——该计算的相电压正是总是还在假定旧的未受控状态下实现——是用于改变电机控制器的开关状态的可靠指示并且被相应利用。聚焦于电机控制器的首先未受控的供电连接端因此是有意义的,因为该供电连接端在下一换向事件时必须强制过渡到驱控状态,亦即强制经受状态转换。
[0011] 在按照本发明的方法的另一步骤中规定,在识别到电机控制器的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡之后,仿真器控制器如此驱控仿真器功率电子器件,使得由仿真器控制器计算的相电流Iemulate(j)流经现在通过电机控制器驱控的供电连接端j。在实践中,由仿真器控制器包括的电机模型在识别到换向过程时经历关于电机的与供电连接端j连接的相的结构变换,从而相应地匹配计算。仿真器控制器那么特别是在仿真器功率电子器件中将电流源切换到涉及的负载连接端,以便在相应相中可以调节计算的相电流。因为利用计算的相电流应覆盖正和负的符号范围,仿真器功率电子器件的电流源也用作电流宿。如果在下文中谈及电流源,那么该电流源因此也总是包括电流宿的功能。
[0012] 为了可靠识别供电连接端由未驱控状态到驱控状态的过渡,适合地选择预定电压阈值vTH是重要的。在一个优选设计方案中规定,电压阈值vTH如此计量,使得该电压阈值大于在电机控制器并因此仿真器功率电子器件的不变开关状态期间要期待的、在未驱控的供电连接端j的相中计算的相电压vemulate与在未驱控的供电连接端j上实际反向测量的电压vinv(j)之间的最大偏差。上述偏差首先通过基于在电压额定跳跃时的容性效应的超调是可期待的。上述偏差通常依赖于如下电压上升,该电压上升必须针对未驱控或未通电的相来仿真;偏差因此依赖于电机控制器的中间电路电压。出于该原因特别是规定,电压阈值vTH选择为电机控制器的中间电路电压vDC_Link的一小部分,优选地选择小于中间电路电压vDC_Link的一半,完全优选地选择为电机控制器的中间电路电压vDC_Link的五分之一。
[0013] 关于预定第一时间段t1的选择,在一个优选实施例中规定,预定的第一时间段t1选择为大于要期待的瞬态电压失真和/或预定的第一时间段t1选择为大于通过仿真器控制器和仿真器功率电子器件的电压施加的延迟,优选地,预定的第一时间段t1应选择为大于两个上述持续时间中的最大者。要期待的瞬态电压失真可以取决于电磁辐射,该电磁辐射自身是环境和结构有关的并且必须立刻相应地确定。在三相无刷直流电机的模仿中,该三相无刷直流电机用于汽车领域中的辅助机组,时间段t1按照本发明位于在微秒的一位数范围内。
[0014] 未驱控并因此最终未确定的相的命运在下一换向过程中是明确的——电机控制器的相连接端或供电连接端由未驱控状态转换为驱控状态——,之前驱控的供电连接端的命运是不一定的,因为供电连接端可以在下一换向过程中保持驱控,该供电连接端但是也可以转换为未驱控状态。因此必须找出:电机控制器的哪个供电连接端——其之前是驱控状态——转换为未驱控状态或者保持在驱控状态中。
[0015] 按照本发明的第一进一步扩展方案规定,如果经由负载仿真器的负载连接端k并因此经由相应的供电连接端k计算的相电流iemulate检测为零,那么基于电流识别出电机控制器的供电连接端k由驱控状态SPH(k)=0到未驱控状态SPH(k)=1的过渡。对于该标准基于如下认识,即电流在经由电机控制器的首先驱控的供电连接端供以电压的相中流经,该相电流但是在供电连接端的不再驱控的状态下最终消失。
[0016] 在按照本发明的方法的进一步扩展方案中已经证实特别有利的是,如果在识别出电机控制器的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡的时刻,驱控的供电连接端k,l的计算的相电流iemulate值位于在电流阈值iTH之上,那么应用基于电流识别出前述的供电连接端k的电机控制器由驱控状态SPH(k)=0到未驱控状态SPH(k)=1的状态转换。通过该措施实现如下,即小的流经驱控的供电连接端的相电流忽略性地识别为零电流。通过电流阈值iTH的标准可以避免在识别由驱控状态到未驱控状态的状态转换中的这样的错误;基于电流的换向识别优选当在大负载的情况下存在大的相电流时是可应用的,在非常小的负载和仅仅完全小的相电流的情况下存在错误解读的危险。
[0017] 该方法的特别有利的进一步扩展方案基于如下认识,有意义地选择电流阈值依赖于在电机绕组中模拟电流的上升时间并继而依赖于其模拟电感。为了避免:通过在整体换向中典型的三相脉宽调制(PWM)电压产生的并且模拟的电流波动歪曲剩余换向相的识别,所述电流阈值iTH限定在(计算的)零电流周围。该电流阈值可如此设置,使得在PWM占空比为50%的情况下——这是在具有在零电流范围内的最小电流的情况——在两个直至换向驱控并且因此通电的相之间电流波动不允许具有交零。换言之:必须在换向识别的时刻还有模拟最小电流流经两个驱控的并因此通电的相的相应电感,从而通过电流波动没有检测到电流交零。因为电压上升顺序作用于两个直至换向驱控的并因此通电的相的电感,并因此电流也顺序流经这些电感,所以必须对于阈值的规范基于双重的在模型中假定的相电感LPH。因此产生作为对于电流阈值iTH合理的并优选的选择,其中T是电机控制器的PWM电压周期:
[0018]
[0019] 按照本发明的方法的另一设计方案,备选地基于电压识别出电机控制器的供电连接端k由驱控状态SPH(k)=0到未驱控状态SPH(k)=1的过渡。为此规定,在识别到电机控制器的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡之后,如此驱控仿真器功率电子器件,使得仿真器功率电子器件的其他连接端k,l经由感应式解耦设置为预定电压uintermediate。如果经由仿真器功率电子器件的供电连接端k或负载连接端k的电流衰减之后在供电连接端k上由仿真器控制器反向测量的电压在预定的第二时间段t2上等于预定电压uintermediate,那么基于电压识别到电机控制器的供电连接端k由驱控状态SPH(k)=0到未驱控状态SPH(k)=1的过渡。对于该基于电压的用于识别供电连接端由驱控到未驱控状态的状态过渡的方法基于如下认识,电机控制器的未驱控的供电连接端——其通过在电机控制器中打开的半导体开关与电机控制器的电压供电高阻分离——可以毫无问题地设置为预定电压,在此为电压uintermediate。这在此外驱控的供电连接端中是不可能的,因为该驱控的供电连接端决定性地通过电机控制器中的电压源影响。通过感应式解耦,通过仿真器功率电子器件中的电压源预定的电压不持久作用于在电机控制器的供电连接端上的电压。
[0020] 在该方法中重要的是,等待电流经由仿真器功率电子器件的供电连接端k或负载连接端的衰减,因为此外通过在解耦电感中可变的电流引起的电压还能产生由仿真器功率电子器件预定的电压uintermediate。
[0021] 有意义并且优选的是,预定电压uintermediate选自在由电机控制器切换的直流电压的范围内,特别是等于电机控制器的半中间电流电压vDC_Link。按照该方法的另一设计方案,预定的第二时间段t2如此大地计量,使得即使在低负载电流下也能够在连续驱控的供电连接端与之前驱控的但是随后不再驱控的供电连接端进行可靠区分。在已经提及的应用情况下,其中,整体换向的三相无刷直流电机用作汽车应用中的辅助机组,已经证实为有利的是,t2在约10μ秒的范围内选择。
[0022] 按照用于模仿三相无刷直流电机的方法的一个特别有利的设计方案规定,在仿真器功率电子器件中不仅实现开始所述基于电流的用于识别出电机控制器的供电连接端由驱控状态到未驱控状态的过渡的方法,而且也实现随后所述的基于电压的用于识别这样的过渡的方法。优选地,如果在识别出电机控制器的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡的时刻,驱控的供电连接端k,l的计算的相电流值位于在电流阈值iTH之下,那么由仿真器控制器通常基于电压实现电机控制器的供电连接端k由驱控状态SPH(k)=0到未驱控状态SPH(k)=1的过渡的识别。对于如下情况,即驱控的供电连接端k,l的计算的相电流iemulate值位于在电流阈值iTH之上,由仿真器控制器基于电流实现电机控制器的供电连接端k由驱控状态到未驱控状态的过渡的识别,如上所述。
[0023] 开始导出的任务也通过一种用于控制用于模仿三相无刷直流电机的仿真器功率电子器件的仿真器控制器解决,其中,利用仿真器控制器可确定由电机控制器驱控的供电连接端和未驱控的供电连接端,并且仿真器功率电子器件通过仿真器控制器可如此驱控,使得在通过电机控制器驱控的供电连接端中流过由仿真器控制器基于电机模型计算的相电流iemulate并且在由电机控制器未驱控的供电连接端上输出由仿真器控制器基于电机模型计算的相电压vemulate。在该仿真器控制器中由此实现解决方案,在仿真器控制器的常规应用中,如果在电机控制器的供电连接端j上测量的输出电压vinv(j)与计算的相电压vemulate(j)之间的电压差值vdiff(j)对于预定的第一时间段t1大于预定的电压阈值vTH,那么识别到电机控制器的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0;并且在识别到电机控制器的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0的状态过渡之后,仿真器控制器如此驱控仿真器功率电子器件,使得由仿真器控制器计算的相电流iemulate流经现在通过电机控制器驱控的供电连接端j。仿真器控制器在优选实施例中此外完全具体地如此设计,使得仿真器控制器在常规应用中执行上述方法,亦即例如其方式为相应地编程由仿真器控制器包括的可编程的运算单元。附图说明
[0024] 详细地现在具有多种如下可能,即设计并进一步扩展方案按照本发明的方法和按照本发明的仿真器控制器。为此参照结合附图各实施例的以下描述。图中:
[0025] 图1示出由用于实施按照本发明的方法的电机控制器和负载仿真器组成的设备;
[0026] 图2示出在电机控制器的供电连接端上电气旋转内的换向过渡;
[0027] 图3示出用于实施按照本发明的方法的设备的详细视图;
[0028] 图4示出用于阐明检测电机控制器的供电连接端由未驱控状态到驱控状态的过渡的状态图;
[0029] 图5示出用于阐明基于电流检测电机控制器的供电连接端由驱控状态到未驱控状态的过渡的状态图;
[0030] 图6示出用于阐明基于电压识别出电机控制器的供电连接端由驱控状态到未驱控状态的状态过渡的状态图;
[0031] 图7示出图6中的用于基于电压识别电机起动的状态图的扩展;以及[0032] 图8示出图7中的用于基于电压识别状态的状态图的扩展,其中,驱控电机控制器的所有供电连接端。

具体实施方式

[0033] 在图1中首先示出由现有技术自身已知的用于实施用于借助于负载仿真器1模仿三相无刷直流电机的方法的设备,其中,负载仿真器1三相地经由其负载连接端2连接到电机控制器4的供电连接端3。负载仿真器1具有仿真器功率电子器件5和用于控制仿真器功率电子器件5的仿真器控制器6。电机控制器4在此情况下自身也包括以三相标明的逆变器7形式的功率电子器件,逆变器通过直流电压源UDC按照功率供电并且通过由逆变器7包括的半导体开关的相应电路经由其供电连接端3驱动三相交流负载。
[0034] 该方法规定,仿真器控制器6确定由电机控制器4驱控的和未由电机控制器驱控的供电连接端3,其中仿真器功率电子器件5通过仿真器控制器6如此驱控,使得在通过电机控制器4驱控的供电连接端3中流过由仿真器控制器6基于电机模型8计算的相电流iemulate并且在由电机控制器4未驱控的供电连接端上输出由仿真器控制器6基于电机模型8计算的相电压vemulate。可知的是,仿真器功率电子器件5为了完成该任务具有不仅电流源Is而且具有电压源US,它们可以相应地切换到仿真器功率电子器件5的负载连接端2,其中这在该情况下间接地对于每相通过解耦电感Ld实现。
[0035] 在图2中示出在三相整体换向无刷直流电机中六个在电气旋转中出现的换向过渡,其中,换向分别以60°电气角间隔实现。可知的是,未驱控供电连接端仅仅保持在一相中的换向间隔中并且此后立即又转变到驱控状态;各相在此以i1、i2和i3表示。在电机控制器4的两个驱控的供电连接端3中,一个供电连接端转变为未驱控状态,而其他驱控的供电连接端保持在驱控状态。通过整体转向的驱控如此在无刷直流电机中产生相应交变场,利用该无刷直流电机于是可以施加相应的扭矩
[0036] 在图3中再次更高详细程度地示出图1中的用于利用按照本发明设置的仿真器控制器6实施按照本发明的方法的装置。在仿真器功率电子器件5内示出调节器9,其用于按照仿真器控制器6中的预定值调节实际上在负载连接端2上预定的相电流。为此在仿真器功率电子器件5内反向测量分别感兴趣的相电流并且出于形成调节差的目的提供给调节算法10。通过调制器11给分别正确的相分配预定电压值或预定电流值。
[0037] 仿真器控制器6在示出的实施例中实现在FPGA板上,在该板上“固定连线的”电路结构确保以下描述方法的特别快速的可执行性。通过读入接口12将输出电压vinv(j)——其在电机控制器4的供电连接端3上测量——读入到仿真器控制器6中并且使得在那里是可用的,那么也涉及真实的测量变量。经由输出接口13输出对于计算的相电压vemulate(j)和对于计算的相电流iemulate(j)计算的额定预定值给仿真器功率电子器件5。
[0038] 在仿真器控制器6内此外实现状态自动装置14,利用该状态自动装置识别在电机控制器4的供电连接端3上换向有关的状态转换。供电连接端j的状态在下文中原则上表示为SPH(j),其中,值1表示供电连接端j的未驱控状态,而值0代表涉及的供电连接端的驱控状态。
[0039] 对于换向识别根本的是,如果在电机控制器4的供电连接端j上测量的输出电压vinv(j)与计算的相电压vemulate(j)之间的电压差值vdiff(j)对于预定的第一时间段t1大于预定的电压阈值vTH,那么识别到电机控制器4的供电连接端j由未驱控状态SPH(j)=1过渡到驱控状态SPH(j)=0。
[0040] 该情况也再次在图4中根据状态图示出,其中Sv是辅助状态变量,其示出:是否电压差值vdiff(j)在最小时间段t1上大于或小于预定电压阈值vTH,那么适用如下:
[0041]
[0042] 对首先未驱控的供电连接端j的聚焦基于如下,即该供电连接端在每个换向事件中经历明确的状态过渡并因此是换向的强制指示。电压差vdiff(j)在此无论如何是可期待的,因为测量的输出电压vinv(j)在电机控制器4的切换过程中改变为电机控制电压UDC的边值,而计算的电压vemulate(j)在电机控制器的直流电压间隔内总是还保持在预定值上,因为在仿真器控制器6内的计算基于涉及的供电连接端j的未驱控状态。
[0043] 在识别到供电连接端j由未驱控状态到驱控状态的过渡之后,在仿真器控制器6中实现的方法此外规定,仿真器控制器6如此驱控仿真器功率电子器件5,使得由仿真器控制器6计算的相电流iemulate(j)流经现在通过电机控制器4驱控的供电连接端j。计算的相电流iemulate(j)由电机模型8在电流计算器件15中的计算产生。
[0044] 电机模型8基于通过电机控制器4驱控的电机支路的测量的输出电压vinv模拟要仿真的电机定子电流iemulate。未通电的电机支路的电压那么由电机控制器4的驱控并因此通电的电机支路或供电连接端3的测量的输出电压vinv亦即由模拟的无刷直流电机的感应和磁特性产生。磁特性通过在三个电机相中的感应的电压vemf描述。因此根据状态SPH以下测量的相电压vinv_mdl作为用于电机模型8的电流模拟的输入电压,亦即在驱控的供电连接端3上测量的电压,对于该电压那么适用SPH(j)=0以及用于电机控制器4的未驱控的相或者用于未驱控的供电连接端的模拟电压。在此涉及计算的电压,该电压那么由仿真器功率电子器件5输出并且因此可以在电机控制器4的未驱控供电连接端上测量。该电压的计算基于驱控的并因此通电的相的测量的驱控电压、电流有关的电气感应的电机特征、模拟电机电流以及磁特征的模拟,亦即模拟电机的感应的反向电压vemf。无刷直流电机的磁特性在此根据查阅表作为电气电机角的函数描述。因此为了模拟在电机控制器4上测量的电压在变流器计算16的范围内由电流模拟反馈电气和磁特性是需要的。电机模型8的计算的细节对于理解重要并且对于本发明的实现不重要,重要的是,电机模型提供相电流iemulate的可靠计算。
[0045] 时间监控:电压差vdiff是否对于预定时间t1大于或小于预定电压阈值vTH——换言之通过上述辅助状态变量Sv——发生在状态自动装置14的电压监控17中。
[0046] 即使电机模型8和电机模型8的计算不是本发明的主要对象,以下也示出如何可以在每种情况下实施可能的计算;如已经表示的那样,详细地基于电机模型8的计算不重要,应用的电机模型8可以随着对模型精度的要求并随着用于计算模型的可用硬件而变化。在具有电机星形点连接的三个电机相中对称感应的特性的假定下在电机控制器4的供电连接端3上产生以下模拟的相电压:
[0047]
[0048] 由仿真器控制器6基于电机模型8计算的相电压vemulate基本上相应于电机控制器4的前述模拟相电压,如果电机控制器4的两相或两个供电连接端3是未驱控的,那么该相电压设置为中间电路电压的确定值vDC_Link,例如vDC_Link/2,其中在此仅仅涉及过渡状态,或者所有三相或所有三个供电连接端3是驱控的。
[0049] 当现在成功识别出电机控制器4的供电连接端j之后,该供电连接端由未驱控状态过渡到驱控状态,现在必须明确识别出电机控制器4的其余两个供电连接端3。对电机控制器4的供电连接端3由驱控状态到未驱控状态的过渡的探测可以基于电流或基于电压实现,如这已经在发明内容的描述部分阐明的那样。
[0050] 上述状态转换在基于电流的情况下如此识别,使得检测在负载仿真器1的涉及的负载连接端2上的计算的相电流iemulate检测为零。这在图5中根据另一状态图表示,其中特点在此在于,如果在识别出电机控制器4的供电连接端j由未驱控状态到驱控状态的状态过渡的时刻,驱控的供电连接端k,l的计算的相电流iemulate值位于在电流阈值iTH之上,那么应用状态转换的得以应用的基于电流的识别。电流阈值iTH的标准应阻止:在小负载下通过测量精度、干扰或其他产生的零电流导致供电连接端3的错误解读。由在图5中完全在左侧示出的状态到中间过渡状态的过渡首先涉及未驱控的供电连接端(在此以数字1表示)和到驱控状态的过渡的识别。由中间过渡状态到完全右侧示出的状态的过渡那么涉及以数字2表示的电机控制器4的供电连接端或负载仿真器1的相应负载连接端2,通过该负载连接端测量到零的电流。由这些条件产生如下,即以数字2表示的供电连接端现在变化为未驱控状态(SPH(2)=1)。
[0051] 在图6中备选地示出基于电压识别出电机控制器4的供电连接端k由驱控状态到未驱控状态的过渡。由完全左侧示出的状态到中间过渡状态的过渡又仅仅示出识别出电机控制器4的以数字1表示的相或相应供电连接端由未驱控状态(SPH(1)=1)到驱控状态(SPH(1)=0)的过渡。对于附加的条件,即在以数字2和3表示的相中计算的电流小于电流阈值iTH,在随后的时刻进行讨论。仿真器控制器6在中间状态下用于:仿真器功率电子器件并继而连接的电机控制器转变为一个过渡状态。同样用于:仿真器功率电子器件的其他连接端——其在公式中以数字2和3表示——通过感应式解耦设置为预定电压uintermediate。
[0052] 如果经由仿真器功率电子器件5的涉及的供电连接端3或涉及的负载连接端2的电流衰减之后在供电连接端3上由仿真器控制器6反向测量的电压在预定的第二时间段t2上等于预定电压uintermediate,那么基于电压正好识别到电机控制器4的供电连接端3由驱控状态到未驱控状态的过渡。在示出的例子中对于以数字2表示的相识别到预定条件的符合(Sv(2)=0),从而清楚的是,以数字2表示的相由驱控状态转变为未驱控状态(Sph(2)=1)。在本情况下,以数字2和3表示的相通过仿真器功率电子器件5设置为分别半个中间电路电压vDC_Link。
[0053] 因为在此示出的例子中电机控制器4的第二相并因此第二供电连接端不再驱控,以下在电机控制器4的第二供电连接端上测量的电压vinv(2)相应于要仿真的电压,只要在电机控制器4内在相应的空载二极管上的电流已经衰退。如果电压在预定的第二时间段t2上得以保持,那么正确识别到过渡到未驱控状态。电机控制器4的此外驱控的第三相和此外驱控的第三供电连接端的测量的电压vinv(3)相比之下不同于输出的电压uintermediate,在此选择为中间电流电压vDC_Link的一半,因为基于感应式解耦通过电机控制器4在第三供电连接端上电压有关的接线相对于由仿真器功率电子器件5预定的电压得以实施。
[0054] 在图6中附加地示出的左状态到中间状态的过渡的标准亦即iemulate(2,3)≤iTH在此附加地用于“释放”基于电压的状态识别的应用。在优选的变型中,在应用所述基于电压和基于电流的状态识别之间根据示出的标准关于驱控的相电流来决定:所述两个方法中的哪个用于具体情况中。基于电流的过渡识别仅仅在足够大相电流的情况下应用,以便避免在基于电流的识别中的错误解读。
[0055] 在图7中示出用于基于电压的换向识别的另一应用可能。上述三个状态和在这些状态之间的转变与如图6中的状态和转变相同。新的是左下示出的状态,其中,电机控制器4的三个相中或者三个供电连接端3中没有被驱控。在电机起动期间,三个相中之一通过辅助状态变量Sv识别为驱控的相,在此又是电机控制器4的以数字1表示的相或以数字1表示的供电连接端。两个其他相如此长地保持在未通电状态,直至这些相可以根据相应的辅助状态Sv探测为未通电或驱控。
[0056] 在电机起动期间特别是在无传感器的运行中经常常见的是,所有三相通电或者电机控制器4的所有三个供电连接端被驱控,如此长至整体换向的无刷直流电机还没有达到确定的最小转速。而且该特定的运行状态可以基于电压识别,这在图8中示出。
[0057] 对于如下情况,即所有供电连接端3主动由电机控制器4驱控并且同时仿真器功率电子器件5的相应的负载连接端2以辅助电压uintermediate驱控,基于假定的感应式解耦在仿真器功率电子器件5中在电机控制器4的涉及的供电连接端3上由电机控制器4提供的电压实施在驱控的供电连接端3上。由此在反向测量的电压vinv与仿真的电压vemulate之间的电压差vdiff不等于0或者更大。那么如果对于电机控制器4的剩余的供电连接端3也识别到由未驱控状态到驱控状态的过渡,那么电机控制器4位于在三相电机起动中,亦即在图8中右下示出的状态下。
[0058] 作为用于由中间状态(SPH(1)=0)到如下状态的过渡的附加条件,在该状态下驱控电机控制器4的所有三个供电连接端,采用如下,即所有辅助状态变量Sv(i)在限定时间上亦即第三时间段t3上等于值1。优选地,第三时间段t3选择为大于预定的第二时间段t2。用于确定第三时间段t3的时间测量以过渡到如下状态开始,即,所有辅助状态变量Sv假定为值1。预定的第三时间段t3选择为大于预定的第二时间段t2,因为否则在图8中示出的到状态的状态转换SPH(2)=1(其中第二相是唯一未驱控的相)不能实现,因为条件Sv(2)=1和Sv(3)=1总是比条件Sv(2)=0和Sv(3)=1更早满足。时间值t3应附加地还至少比预定的第二时间段t2大以下值,即在由未驱控状态到驱控状态或由未通电到通电状态的状态转换与施加相应要仿真的电压之间的延迟时间。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈